หลุมดำที่จำศีลหลังกินตุน
นักวิทยาศาสตร์ได้พบหลุมดำขนาดใหญ่แห่งหนึ่งในเอกภพยุคต้นซึ่งกำลังงีบหลับ หลังจากเขมือบอาหารเข้าไปมากเกินไปเหมือนกับหมีที่กินปลาซัลมอนตุนไว้ก่อนที่จะจำศีลในฤดูหนาว หลุมดำแห่งนี้เองก็กินมากจนถึงจุดที่นอนนิ่งๆ ในกาแลคซีต้นสังกัดของมัน
ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติที่นำโดยมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ เพื่อตรวจจับหลุมดำแห่งนี้ในเอกภพยุคต้น เพียง 8 ร้อยล้านปีหลังจากบิ๊กแบง หลุมดำแห่งนี้มีขนาดใหญ่มากถึง 4 ร้อยล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ ทำให้มันกลายเป็นหลุมดำที่มีขนาดใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งเท่าที่เวบบ์ได้พบในช่วงอรุณรุ่งของเอกภพ หลุมดำมีขนาดใหญ่มากจนมีมวลถึง 40% ของมวลรวมในกาแลคซีต้นสังกัด JADES GN-1001830 เมื่อเทียบแล้ว หลุมดำเกือบทั้งหมดในเอกภพท้องถิ่นมีมวลเพียง 0.1% ของมวลกาแลคซีต้นสังกัดเท่านั้น
อย่างไรก็ตาม แม้จะมีขนาดที่ใหญ่โตมาก หลุมดำนี้ก็กำลังกลืนกินหรือสะสมมวล(accreting) ก๊าซที่จำเป็นต้องใช้เพื่อการเจริญด้วยอัตราที่ช้ามากๆ คือ ต่ำกว่าขีดจำกัดขั้นสูงที่สุดในทางทฤษฎีราว 100 เท่า ทำให้มันอยู่ในสภาพจำศีล หลุมดำที่มีขนาดใหญ่เกินในช่วงแรกมากๆ ของเอกภพแต่กลับไม่ได้เจริญเติบโตขึ้นเลย ได้ท้าทายแบบจำลองที่มีอยู่ว่าหลุมดำพัฒนาได้อย่างไร
อย่างไรก็ตาม นักวิจัยบอกว่าที่เป็นไปได้มากที่สุดก็คือ หลุมดำมีการเจริญอย่างรวดเร็วสูงมากเป็นเวลาสั้นๆ ตามด้วยการจำศีลระยะยาว ผลสรุปนี้รายงานในวารสาร Nature วันที่ 18 ธันวาคม 2023
เมื่อหลุมดำกำลังงีบหลับ พวกมันจะมีความสว่างน้อยลงอย่างมาก ทำให้ยากที่จะตรวจพบอย่างมาก แม้กระทั่งด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่ไวมากอย่างกล้องเวบบ์ก็ตาม เราไม่สามารถสำรวจหลุมดำได้โดยตรง แต่จะตรวจพบพวกมันได้ว่าร่องรอยการเรืองสว่างของดิสก์สะสมมวลสารที่หมุนวนอยู่ ซึ่งก่อตัวขึ้นใกล้กับขอบของหลุมดำ ก๊าซในดิสก์สะสมมวลสารจะร้อนมากๆ และเริ่มเรืองและปลดปล่อยพลังงานในช่วงอุลตราไวโอเลตให้ตรวจจับได้
แม้ว่าหลุมดำแห่งนี้จะจำศีลอยู่ แต่ขนาดที่มโหฬารของมันก็ทำให้การตรวจจับเป็นไปได้ Ignas Juodzbalis ผู้เขียนนำจากสถาบันคัฟลีเพื่อเอกภพวิทยา มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ กล่าว สถานะจำศีลของมันช่วยให้เราเรียนรู้เกี่ยวกับมวลของต้นสังกัดได้ด้วย เอกภพยุคต้นดูจะสร้างปีศาจที่แท้จริงขึ้นมา แม้แต่ในกาแลคซีที่มีขนาดค่อนข้างเล็กจิ๋วก็ตาม
จากแบบจำลองมาตรฐาน หลุมดำก่อตัวขึ้นจากซากดาวขนาดใหญ่ที่ยุบตัวลง และสะสมมวลสารจนถึงขีดจำกัดที่เรียกว่า ขีดจำกัดเอ็ดดิงตัน(Eddington limit) เมื่อแรงดันของการแผ่รังสีจากสสารเอาชนะแรงโน้มถ่วงของหลุมดำได้จนหยุดการสะสมมวล อย่างไรก็ตาม ขนาดที่ใหญ่โตของหลุมดำนี้ได้บอกว่าแบบจำลองนี้อาจจะไม่เพียงพอที่จะอธิบายว่าปีศาจเหล่านี้ก่อตัวและเจริญอย่างไร
เป็นไปได้ว่าหลุมดำจะเกิดมาก็ใหญ่แล้ว ซึ่งอาจอธิบายว่าเพราะเหตุใดเวบบ์จึงพบหลุมดำขนาดมหึมาตั้งแต่ในเอกภพยุคต้นๆ ศจ Roberto Maiolino จากสถาบันคัฟลี และห้องทดลองคาเวนดิช เคมบริดจ์ กล่าว แต่ความเป็นไปได้อีกทางก็คือ พวกมันอาจผ่านกิจกรรมแบบสุดขั้วตามด้วยการจำศีลระยะยาวเป็นวัฏจักรหลายรอบ
นักวิจัยต้องมึนงงกับการค้นพบหลุมดำมวลสูงมากตั้งแต่ช่วงต้นๆ ของความเป็นมาของเอกภพ มีข้อสงสัยว่า เมล็ดพันธุ์หลุมดำเกิดขึ้นมาก็มีขนาดใหญ่ หรือเป็นเพราะมีอัตราการกลืนกินมวลสารที่สูงเกินขีดจำกัด
นักวิจัยเคมบริดจ์ซึ่งมีเพื่อนร่วมงานจากอิตาลี ได้ทำแบบจำลองเสมือนจริงคอมพิวเตอร์เพื่อจำลองว่าหลุมดำที่จำศีลนี้น่าจะเจริญจนมีขนาดใหญ่โตตั้งแต่ช่วงต้นๆ ของเอกภพได้อย่างไร พวกเขาพบว่า ลำดับเหตุการณ์ที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดก็คือ หลุมดำทะลุขีดจำกัดเอ็ดดิงตันไปเป็นช่วงสั้นๆ(super-Eddington accretion) ในระหว่างนั้นมันจะเจริญเติบโตรวดเร็วมากๆ ตามมาด้วยสภาพหยุดนิ่งเป็นเวลานาน นักวิจัยบอกว่าหลุมดำเช่นนี้น่าจะโหยหิวไปราว 5 ถึง 10 ล้านปีและหลับไปอีก 100 ล้านปี
อาจจะขัดกับสัญชาตญาณที่จะอธิบายหลุมดำจำศีลที่มีช่วงเวลาที่มีกิจกรรมสูงเกินเหตุ แต่กิจกรรมคึกคักสูงในช่วงสั้นเหล่านี้ก็ช่วยให้มันเจริญได้อย่างรวดเร็วในขณะที่ใช้เวลาเกือบทั้งหมดที่เหลืองีบหลับ Maiolino กล่าว เนื่องจากช่วงการจำศีลนั้นยาวนานกว่าช่วงที่เจริญเร็วพรวดพราด อย่างมาก(จำศีลมากกว่าช่วงกินแหลก 10 ถึง 20 เท่า) ก็เป็นช่วงจำศีลนี้เองที่นักดาราศาสตร์น่าจะตรวจจับหลุมดำได้ดีที่สุด
นี่เป็นผลสรุปแรกที่ผมได้มาอันเป็นส่วนหนึ่งของปริญญาเอก และมันก็ทำให้ผมใช้เวลาปลาบปลื้มกับมัน Juodzbalis กล่าว กระทั่งผมเริ่มคุยกับเพื่อนร่วมงานเกี่ยวกับงานทางทฤษฎี ถึงได้มองเห็นความสำคัญของหลุมดำแห่งนี้ เนื่องจากกำลังสว่างที่ต่ำ หลุมดำจำศีลจึงท้าทายมากกว่าในการตรวจจับ แต่นักวิจัยก็บอกว่าหลุมดำแห่งนี้แน่นอนว่าเป็นเพียงแค่ยอดของภูเขาน้ำแข็งก้อนใหญ่เท่านั้น ถ้าหลุมดำในเอกภพยุคต้นใช้เวลาเกือบทั้งหมดของมันในสถานะจำศีล
ก็เป็นไปได้ที่หลุมดำจำนวนมากข้างนอกนั่นจะอยู่ในสถานะจำศีลนี้ ผมต้องประหลาดใจที่เราได้พบแห่งนึง แต่ผมก็ตื่นเต้นที่จะคิดว่าเราอาจจะได้พบอีกมากมาย Maiolino กล่าว
แหล่งข่าว phys.org : dormant massive black hole in the early universe challenges existing models
iflscience.com : enormous black hole from the dawn of time could be in a food coma
space.com : James Webb Space Telescope catches monster black hole napping after “overeating” in the early universe
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
